地震面波与重力联合成像分析苏拉威西周缘壳幔热-流变学结构

苏拉威西岛位于苏拉威西海、班达海之间, 是研究海陆耦合、俯冲后撤等地球动力学问题的重要地区.本文利用这一地区24台宽频带地震台站记录的地震面波和背景噪声数据中提取出的面波频散数据和来自卫星的重力异常数据, 开展了地震面波与重力联合层析成像反演, 获得了苏拉威西周缘地区深至240 km深度的三维V_S速度模型.基于三维波速模型, 本文利用热-流变学方法, 计算了该区岩石圈底界的热流变学边界层厚度、黏性变化特征, 结果表明: (1) 苏拉威西岛岩石圈流变边界层东南厚、西北薄, 这可能导致新生代苏拉威西岛在陆壳碎块位移与重组过程中, 岛东支的东部北向速率最大, 岛北支西部北向速率次之; (2) 北苏拉威西海沟俯冲后撤板片上覆地壳对应S波波速低值异常区, 可能代表了富含流体的软弱板片, 推测苏拉威西俯冲带是一个慢速俯冲带, 且后撤过程不连续.

     

基于随温度变化的热系数模拟板块俯冲动力学过程

热传导系数和热膨胀系数是影响板块俯冲动力学过程的两个重要参数. 由于地球介质的不均匀性,热系数也会随深度发生变化.然而,这种变化在地球动力学模拟研究中往往被忽略.本文针对随温度变化的热传导系数和热膨胀系数, 模拟板块俯冲的动力学过程,分析热系数、黏度对板块俯冲形态的影响及其对应的地幔对流特征.结果表明,依温度变化的热传导系数和热膨胀系数会影响地幔温度及黏度分布,进而改变板块的俯冲角度;黏度是控制板块俯冲动力学演化过程的重要因素;地幔对流受黏度结构的影响,呈现分层对流及局部多个对流环等多种不同形态的对流场特征.     

吉林省白山市板石沟铁矿断裂构造地球化学特征

断裂构造中元素的迁移变化规律是构造地球化学研究的主要内容.白山市板石沟铁矿断裂构造发育,是开展断裂构造地球化学研究的有利地区.通过对板石沟铁矿17矿组和赵家沟矿组典型逆断层剖面测量,采集构造岩和周围岩石,分析常量元素和微量元素,利用构造地球化学剖面法、质量等比线法和特征元素比值来反映元素在逆断层中分布特征和迁移变化规律.通过分析认为在逆断层中常量元素SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O亏损,Al2O3、K2O富集,微量元素中Rb、Sr等离子半径较大元素富集,离子半径较小元素Co、Cr、Ni亏损,K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni+Co）在逆断层中呈现出高值,SiO2/Al2O3、（Fe2O3+CaO+MgO）/Al2O3呈现出低值.依据这些构造地球化学特征可以用来判断断裂构造的存在,为断裂构造地球化学研究和板石沟铁矿勘查提供构造地球化学依据.     

中国西北部造山带中几个古生代俯冲增生楔的识别与确认

中国西北部涉及古亚洲和特提斯两大构造域,造山带结构复杂,成矿地质条件优越.为推进地质找矿突破行动计划,中国地质调查局在各成矿(造山)带部署了一批1:5万、1:25万区域地质调查与基础地质综合研究项目,取得了一批新发现、新进展,有效提升了对各成矿带成矿地质条件的认知程度,尤其是在阿尔泰南缘、南天山、南昆仑等地识别并确认出规模可观的、成矿作用优越的板块俯冲增生楔,是造山带中的增生造山亚带,是寻找斑岩型铜、构造蚀变岩型金及多金属矿的最有利区带."增生造山带"的构造、岩浆活动及空间展布等的确认,为地质找矿突破提供了强有力的技术支撑.     

日侧极光弧的发光强度与沉降电子能谱的相关关系

本文利用中国北极黄河站多波段全天空极光观测数据,选取稳定的日侧极光弧,统计研究了极光强度比I_557.7/I_630.0与极光发光强度I_557.7的相关关系.发现I_557.7在午前暖点和午后热点区附近出现极大值,分别为2.2 kR和2.9 kR;而I_630.0在磁正午出现极大值,为1.5 kR.当I_557.7从0.1 kR增加到10 kR时,极光强度比I_557.7/I_630.0也由0.2增加到9.结合DMSP卫星探测的沉降粒子能谱数据,找到17个DMSP卫星穿越黄河站上空极光弧的事件,共穿越40条极光弧.得到了沉降电子的平均能量正比于极光强度比I_557.7/I_630.0,沉降电子的总能通量正相关于极光强度I_557.7的关系式.利用该关系式反演所有极光弧的电子能谱,发现在午前和午后扇区,产生极光弧的沉降电子主要来源于等离子体片边界层;在高纬出现强度较弱的弧,对应等离子体幔区域.在磁正午附近,沉降电子的平均能量较低,极光弧处于低纬一侧,粒子源区主要是低纬边界层.

     

地球磁尾等离子体片磁洞的统计分析

本文利用THEMIS卫星的磁场数据和等离子体观测数据,统计分析地球磁尾等离子体片区域线性磁洞的发生率、时空尺度、分布特征、和发生率与地磁AE指数的相关性.分析结果表明磁尾等离子体片区域的磁洞的时间尺度为几秒到几十秒,空间尺度小于当地的质子回旋半径.通过磁洞在空间的位置分布和卫星数据在空间的数据采样分布的对比,我们发现线性磁洞在等离子体片内经常发生,然而在磁尾等离子体片中的发生率要小于太阳风中磁洞的发生率.本文最后统计分析了磁洞发生和AE指数的相关性,结果表明磁洞可能与地磁活动有关系.

     

四川盆地深部地壳结构——深地震反射剖面探测

四川盆地位于扬子地块的西北部,被褶皱构造带所围绕,受周缘构造带的侧向挤压作用,盆地卷入了多期次和多边界的构造变形,为开展盆山耦合作用及多边界、多期次构造叠加与复合关系的研究提供了不可多得的理想野外实验室.为揭示四川盆地地壳结构,本文通过对3条不同时间采集的深地震反射剖面数据进行拼接联线处理,获得跨越四川盆地的330 km深地震反射偏移成果剖面,揭示了四川盆地地壳上地幔细结构：沉积层从西北向东南逐渐变薄,在龙门山前沉积层厚度超过15 km,在华蓥山下沉积层减薄到~8 km,且褶皱变形形成华蓥山薄皮褶皱冲断带;莫霍面出现在13~15 s（双程走时）,埋深约40~45 km;并发现从下地壳延伸至地幔的东南向的倾斜反射,从13 s向下延伸至18 s,结合四川盆地及其周边地区其他地球物理和地球化学花岗岩同位素年龄等资料,我们认为这些倾斜反射层是扬子克拉通地台西北缘发生的新元古代俯冲的遗迹.

     

板片俯冲过程中Co、Ni的分布及迁移特征——以西南天山为例

在板片俯冲过程中, 基性洋壳、下伏蛇纹石化岩石圈地幔和覆盖在俯冲洋壳上的大洋沉积物在不同深度会依次发生板片脱水作用和沉积物熔融, 形成的俯冲带熔/流体可携带某些元素交代地幔楔, 进而通过弧岩浆作用返回地壳。同时, 俯冲板片内不同组分之间也会发生化学成分的迁移和交换, 并最终进入深部地幔, 造成地幔不均一性和不同程度壳幔相互作用。本文报道了我国西南天山典型高压-超高压变质带中蛇纹岩、辉石岩、绿片岩、蓝片岩和榴辉岩内各矿物相的主量元素及Cu、Co、Ni含量数据。结果表明, 除辉石岩中透辉石的Cu含量较高(1.26×10^-6~76.9×10^-6)外, 其它硅酸盐矿物的Cu含量均在1.0×10^-6~10.0×10^-6左右; 而Co和Ni在不同岩性及不同矿物之间显示较大的含量差异: 蛇纹岩中蛇纹石的Co和Ni含量分别为22.6×10^-6~49.6×10^-6和482×10^-6~1097×10^-6, 榴辉岩中绿辉石的Co和Ni含量分别为6.0×10^-6~66.2×10^-6和21.6×10^-6~506×10^-6, 辉石岩中透辉石的Co和Ni含量分别为20.8×10^-6~289×10^-6和69.5×10^-6~351×10^-6, 蓝片岩中蓝闪石的Co和Ni含量分别为9.0×10^-6~94.3×10^-6和75.5×10^-6~495×10^-6。绿片岩、蓝片岩和榴辉岩中均含石榴子石, Co、Ni含量变化范围分别为1.2×10^-6~134×10^-6和7.7×10^-6~26.9×10^-6。相较于绿片岩, 蓝片岩和榴辉岩中石榴子石的Co、Ni含量较高。矿物成分剖面分析表明, 蓝片岩和榴辉岩的石榴子石中由核至边Co含量明显增加, 而Ni含量无太大变化。这些矿物中Cu、Co和Ni的分布特征揭示, 随着板片持续俯冲深度的增加, 变质作用程度从绿片岩至榴辉岩, 硅酸盐矿物中Cu含量几乎不发生变化, 而Co和Ni的含量显示升高的趋势, 这可能与蛇纹岩和辉石岩的参与程度有关, 也显示Co具有较强的熔流体活动性和可迁移性。三种元素的迁移特征和变化规律表明俯冲板片对产于俯冲带的富Cu矿床中金属Cu的贡献可能主要来自于其中的硫化物而非硅酸盐矿物, 残余板片中硅酸盐矿物的熔融可能对俯冲结束后形成的岩浆Cu-Ni硫化物矿床提供Ni和Co元素的贡献。结合西南天山高压-超高压变质带所揭示的俯冲熔/流体的还原性特征, 上述推论可为解释中亚造山带南缘古生代斑岩铜矿, 尤其是还原性斑岩铜矿的发现, 并对岩浆铜镍硫化物矿床的时空分布和成矿特征提供重要制约。

     

板内玄武岩来源于再循环碳酸盐化榴辉岩的地球化学证据: 以四子王旗新生代玄武岩为例

本文对中国东部中新世四子王旗玄武岩开展了详细的全岩和橄榄石主、微量元素及全岩Sr-Nd-Pb-Hf-Mg同位素研究, 据此探讨它们的成因及源区性质。研究发现, 四子王旗玄武岩具有类似于高μ(HIMU)型地幔起源熔体的微量元素分布特征, Zr、Hf、Ti的负异常, 高的Zr/Hf比值(Zr/Hf=49.3~54.8), 以及低于正常地幔范围的δ²⁶Mg值(-0.51‰~-0.49‰), 表明其来源于碳酸盐化地幔源区。它们还具有低的Sc含量(10.1×10^-6~10.5×10^-6)和高的Gd/Yb比值(8.7~9.4), 结合它们橄榄石斑晶低的Fo值, 高的NiO含量和Fe/Mn比值, 揭示其母岩浆为碳酸盐化榴辉岩部分熔融产生。四子王旗玄武岩具有亏损的Sr-Nd-Hf同位素(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.70370~0.70449;ε_Nd=+6.3~+6.4;ε_Hf=+9.7~+10.3), 以及较低的Pb同位素组成(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=17.94, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.44, ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=37.89), 指示它们源区为年轻的再循环洋壳物质, 很有可能来自于滞留的西太平洋板片。四子王旗玄武岩位于南北重力梯度带以西并远离海沟, 意味着滞留的西太平洋板片在物质上对上覆地幔的影响范围较之前认识的要更广。

     

南帕米尔北缘切实界别辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、地球化学特征及其地质意义

南帕米尔北缘切实界别地区广泛分布的基性岩体（岩脉）侵位于下二叠统中,LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年获得其成岩年龄为269.5±1.3Ma,反映该地区存在中二叠世基性岩浆活动。岩体中SiO2含量为46.68%~49.20%,TiO2平均值为1.40%,（K2O+Na2O）在3.94%~5.83%之间,属于碱性系列;稀土元素配分模式呈LREE富集型,δEu值为0.92~1.31,无明显Eu异常;明显富集K、Rb、Sr、Ba等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素及Th、U放射性生热元素,类似于板内玄武岩;微量元素构造环境判别图亦显示其形成于板内构造环境。与邻区二叠纪基性火山岩地球化学特征对比,结果表明,南帕米尔和南羌塘在二叠纪同处于板内伸展环境,而冈底斯带属于岛弧背景,这为帕米尔和青藏高原石炭纪—二叠纪构造单元的划分与对比提供了岩浆作用方面的依据。